JP2000061671A

JP2000061671A - レーザ加工方法及び装置

Info

Publication number: JP2000061671A
Application number: JP10233259A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kanda; 雅之神田; Katsuya Usui; 克也臼井; Hideji Tamenaga; 秀司為永; Naoki Inoue; 直樹井上; Nobuo Kurataka; 伸雄倉高; Makoto Maeda; 誠前田; Yoshito Hayakawa; 義人早川; Hironori Hara; 裕紀原
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ加工処理の正常・異常の正確な判定、
及び／または、その加工処理条件の適切な設定を、その
加工処理に並行して自動的に行えるレーザ加工方法及び
装置を提供する。【解決手段】磁気記録媒体１にレーザ光源３からレー
ザ光を照射してその表面にバンプを形成する場合に、磁
気記録媒体１の表面画像をＣＣＤカメラ４にて取得し、
取得した画像に対して画像処理器８にて画像処理を施
し、その画像処理結果に基づいて、レーザ加工処理の正
常・異常の判定、及び／または、その加工処理条件の設
定を行う。画像処理結果に基づいて正常・異常判定器９
が、現状のレーザ加工処理が異常であると判定した場合
に、警報発生器１１から警報が発せられる。また、画像
処理結果に基づいて条件設定器１０が、レーザ光源３か
ら出射されるレーザ光のパワーを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の照射に
よって物体の加工処理を行うレーザ加工方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録媒体の記録密度向上のために
は、記録・再生ヘッドの浮上高を低くする必要があるた
め、磁気記録媒体の表面は鏡面をなしている。しかし、
記録・再生ヘッドが着止する部位も鏡面であると、一旦
記録・再生ヘッドが着止し再び磁気記録媒体が回転する
場合、記録・再生ヘッドが磁気記録媒体に吸着し、磁気
記録媒体が回転できなかったり、記録・再生ヘッドが著
しく損傷したりする。よって、記録・再生ヘッドが着止
する部位には記録・再生ヘッドが吸着しない様、ある程
度の粗さを形成しておく必要があり、従来では研磨手法
によってこのようなバンプを形成していた。

【０００３】近年、上述の粗さを形成するために、レー
ザ光による微細加工技術が用いられており、離散的なバ
ンプを形成することが一般的となっている。レーザ光を
用いる表面の微細加工技術は、上述したような磁気記録
媒体表面への微細加工だけでなく、他の被加工物、例え
ば半導体部品，太陽電池，ディスプレイへの微細加工に
も幅広く応用されている。

【０００４】従来のレーザ加工装置では、その加工処理
中に被加工物の表面の画像を例えばＣＣＤカメラにて取
込み、取込んだ画像をテレビモニタに表示して、人がモ
ニタ画面を観察することによって、加工処理が正常に行
われているか否かを監視している。また、加工処理後の
評価検査は、加工処理された一部の物品を抜き取り、抜
き取った物品に対して針を接触させる触針式粗さ計、光
の干渉を利用した光学式粗さ計等を用いて行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】加工処理が正常か否か
を監視するためには、作業者が常時レーザ加工装置の傍
にいて、テレビモニタを見続けなければならず、作業者
の負担が大きく、加工形状の微妙な判定は困難である。
また、作業者によって判定結果がばらつくという問題も
ある。

【０００６】加工処理後の物体の評価検査が抜き取り検
査であるため、異常が起きた場合それが属するロッド全
体を異常を見なすことになって効率が悪い。また、評価
検査を別の装置にて行っているので、時間，費用，手間
が多くかかるという問題もある。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、レーザ加工処理の状態を容易かつ正確に検出で
きるレーザ加工方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】本発明の他の目的は、レーザ加工処理の正
常・異常の正確な判定を、作業者に負担を強いることな
く自動的に行えるレーザ加工方法及び装置を提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、所望のレーザ加
工処理が行われるように、その処理条件を自動的に制御
できるレーザ加工方法及び装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るレーザ加
工方法は、被加工物にレーザ光を照射して加工処理を行
う方法において、前記加工処理中に前記被加工物の画像
を取得し、取得した画像に画像処理を施し、その画像処
理結果に基づいて前記加工処理の状態を監視することを
特徴とする。

【００１１】請求項２に係るレーザ加工方法は、被加工
物にレーザ光を照射して加工処理を行う方法において、
前記加工処理中に前記被加工物の画像を取得し、取得し
た画像に画像処理を施し、その画像処理結果に基づいて
前記加工処理の条件を変更することを特徴とする。

【００１２】請求項３に係るレーザ加工装置は、被加工
物にレーザ光を照射して加工処理を行う装置において、
前記加工処理中に前記被加工物の画像を取得する画像取
得手段と、取得した画像に画像処理を施す手段と、その
画像処理結果に基づいて前記加工処理の異常・正常を判
定する手段とを備えることを特徴とする。

【００１３】請求項４に係るレーザ加工装置は、被加工
物にレーザ光を照射して加工処理を行う装置において、
前記加工処理中に前記被加工物の画像を取得する画像取
得手段と、取得した画像に画像処理を施す手段と、その
画像処理結果に基づいて前記加工処理の条件を制御する
手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】請求項５に係るレーザ加工装置は、請求項
３または４において、前記被加工物と前記画像取得手段
との間に設けられており、前記被加工物に照射されたレ
ーザ光の反射光を選択的に透過するフィルタ手段を更に
備えることを特徴とする。

【００１５】請求項６に係るレーザ加工装置は、請求項
３または４において、前記被加工物と前記画像取得手段
との間に設けられており、レーザ光照射による温度上昇
によって前記被加工物が発する光を選択的に透過するフ
ィルタ手段を更に備えることを特徴とする。

【００１６】請求項１及び３では、レーザ加工処理中に
被加工物の画像を取得し、取得した画像を解析し、その
解析結果を参照して加工処理が正常に行われているか否
かを判断する。このような判断処理は、レーザ加工処理
に並行して自動的に行われ、加工処理の異常を自動的に
検出できる。

【００１７】請求項２及び４では、レーザ加工処理中に
被加工物の画像を取得し、取得した画像を解析し、その
解析結果を参照して加工処理の条件（照射レーザ光のパ
ワー等）を制御する。このような制御処理は、レーザ加
工処理に並行して自動的に行われ、適切な加工条件を簡
便に設定できる。

【００１８】請求項５では、被加工物からの反射光によ
る被加工物の画像を選択的に取得し、その画像解析によ
って、レーザ加工処理の正常・異常の判定、処理条件の
制御を行う。反射光には、被加工物の反射率，加工中の
被加工物の変形量，プラズマによる光吸収等の情報が含
まれており、これらの情報を精度良く取得できる。

【００１９】請求項６では、温度上昇により被加工物が
発する光による被加工物の画像を選択的に取得し、その
画像解析によって、レーザ加工処理の正常・異常の判
定、処理条件の制御を行う。この光には、被加工物の温
度，プラズマ発生状態等の情報が含まれており、これら
の情報を精度良く取得できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明をその実施の形態を示す図
面を参照して具体的に説明する。なお、以下では、磁気
記録媒体に前述したようなバンプを形成する場合を例と
して、本発明を詳述する。

【００２１】（第１実施の形態）図１は、本発明の第１
実施の形態におけるレーザ加工装置の構成及びそれを用
いた加工処理の態様を示す図である。図において、１は
被加工物としての磁気記録媒体である。磁気記録媒体１
は、スピンドル２に軸支されており、スピンドルモータ
（図示せず）の駆動によって、回転されるようになって
いる。

【００２２】磁気記録媒体１の上方には、加工処理（バ
ンプ形成処理）を行うためのレーザ光を出射するレーザ
光源３と、磁気記録媒体１の表面画像を取得するＣＣＤ
カメラ４とが設けられている。また、磁気記録媒体１と
ＣＣＤカメラ４との間には、レーザ光を磁気記録媒体１
の表面に合焦させるレンズ５、レーザ光源３からのレー
ザ光をレンズ５に向けて反射すると共に磁気記録媒体１
からの光を透過するミラー６と、ミラー６を透過した光
をＣＣＤカメラ４に結像させる結像レンズ７とが、光学
系としてこの順に配設されている。

【００２３】ＣＣＤカメラ４には、取得した磁気記録媒
体１の表面画像に画像処理（２値化処理等）を施して種
々のデータ（バンプ径，バンプ面積等のデータ）を検出
する画像処理器８が接続されており、画像処理器８は検
出したデータを正常・異常判定器９及び条件設定器１０
へ出力する。正常・異常判定器９は、入力された検出デ
ータに基づいて現在のレーザ加工処理が正常であるか異
常であるかを判定し、正常である場合には正常信号を条
件設定器１０へ出力し、異常である場合には異常信号を
警報発生器１１へ出力する。条件設定器１０は、正常信
号が入力された場合に、入力された検出データに基づい
て現在の加工条件（レーザ光源３からのレーザ光の出射
パワー等）を変更する必要があるか否かを判断し、必要
があると判断したときには、加工条件の設定を変更す
る。また、警報発生器１１は、異常信号が入力された場
合に、警報を外部へ発する。

【００２４】次に、このような構成のレーザ加工装置の
動作について説明する。図２は、その動作手順を示すフ
ローチャートである。

【００２５】レーザ光源３をパルス発振させて、レーザ
光を発射させる。発射されたレーザ光は、ミラー６で反
射された後、レンズ５を介して、回転させた状態の磁気
記録媒体１の所望の位置に合焦される。このレーザ光の
照射によりバンプが磁気記録媒体１に形成される。

【００２６】このようなレーザ加工処理と並行して加工
処理中の磁気記録媒体１の表面画像をＣＣＤカメラ４で
取得する（ステップＳ１）。この取得画像では、バンプ
が形成される部分は他の部分に比べて輝度が高くなって
おり、その画像データは画像処理器８へ入力されて、以
下のような画像処理が施される。

【００２７】まず、ノイズ除去等の画質改善処理を施す
（ステップＳ２）。次に、輝度値のヒストグラムを作成
し（ステップＳ３）、そのヒストグラムからバンプ径を
推定する（ステップＳ４）。この推定されたバンプ径
は、正常・異常判定器９及び条件設定器１０へ出力され
る。

【００２８】また、画質改善処理後の画像に対して、所
定の輝度値レベルを用いて２値化処理を施す（ステップ
Ｓ５）。次に、高輝度域の膨張・収縮，孤立画素除去，
欠如画素の穴埋め等の２値補正処理を施す（ステップＳ
６）。そして、この２値化画像に基づいて、高輝度域
（バンプ）の面積（図３（ａ），（ｂ）のＳ）、周囲長
（図３（ａ），（ｂ）のＬ）、重心位置（図３（ａ），
（ｂ）のＭ）、短軸／長軸比（図３（ｂ）のＣ／Ｂ）等
を計測する（ステップＳ７）。この計測された各種のデ
ータは、正常・異常判定器９へ出力される。

【００２９】正常・異常判定器９にて、入力されたこれ
らの推定バンプ径及び計測データに基づいて、現在のレ
ーザ加工処理が正常であるか異常であるかを判定する
（ステップＳ８）。正常である場合には（Ｓ８：ＹＥ
Ｓ）、正常信号を正常・異常判定器９から条件設定器１
０へ出力する（ステップＳ９）。条件設定器１０にて、
入力された推定バンプ径に基づいてレーザ光源３のパワ
ーを変更すべきであるか否かを判断する（ステップＳ１
０）。変更すべきであるときには（Ｓ１０：ＹＥＳ）、
その設定条件を変更する（ステップＳ１１）。変更しな
くても良いときには（Ｓ１０：ＮＯ）、そのまま処理が
終了する。一方、レーザ加工処理が異常である場合には
（Ｓ８：ＮＯ）、異常信号を正常・異常判定器９から警
報発生器１１へ出力し（ステップＳ１２）、警報発生器
１１から外部に警報が発せられる（ステップＳ１３）。

【００３０】なお、上述の例では、推定したバンプ径に
基づいてレーザ加工処理の条件を制御するようにした
が、計測した各種のデータも参考にしてレーザ加工処理
の条件を制御するようにしても良いことは勿論である。

【００３１】以上のように、磁気記録媒体１の表面画像
に画像処理を施し、その画像処理結果に応じてレーザ加
工処理の正常・異常を自動的に判定でき、異常である場
合には警報を発して作業者に告知することができ、従来
のようにモニタ画像を見続けなければならないというよ
うな作業者の負担がないレーザ加工処理の監視を行え
る。また、この正常・異常の判定精度は一定であり、従
来のような作業者によって判定結果が異なるという問題
点を解消できる。また加工中の全ての磁気記録媒体１に
対して正常・異常の判定処理を行うことができ、異常な
レーザ加工処理が施された磁気記録媒体１のみを正確に
除去できて、歩留りが向上する。

【００３２】更に、磁気記録媒体１の画像処理結果に応
じてレーザ加工処理の条件を自動的に制御することがで
き、レーザ加工処理の自動管理を実現できる。

【００３３】ところで、レーザ加工処理中に、種々の光
（主に４種類の光）が磁気記録媒体１の表面から発せら
れる。１つの光は、照射されたレーザ光が磁気記録媒体
１から反射した反射光である。レーザ光の照射によって
磁気記録媒体１の表面が加熱されてその温度が上昇して
熱が発生し、更に、温度が高くなると、プラズマが発生
する。このようにして、レーザ光照射によって発生する
光（以下、これを加工光という）が存在する。また、こ
れらの反射光，加工光以外に回折光と散乱光とが存在す
る。

【００３４】図４は、レーザ光源３からの出射レーザ光
のパワースペクトルを示すグラフ、図５は、上記反射光
及び加工光のパワースペクトルを示すグラフである。出
射レーザ光の波長域と反射光の波長域とは略一致してい
る。一方、加工光の波長域は、出射レーザ光の波長域か
ら長波長側にずれており、赤色域から赤外域にかけての
領域となっている。

【００３５】反射光は、磁気記録媒体１の反射率，加工
中の磁気記録媒体１の変形量，蒸気・プラズマによる光
の吸収量等の情報を反映する。また一方、加工光は、加
工中の磁気記録媒体１の温度状態，プラズマ発生状態等
の情報を反映する。よって、図１の構成においては、加
工中に磁気記録媒体１から発せられる反射光、加工光，
回折光，散乱光が混じった光をＣＣＤカメラ４で取込ん
で、磁気記録媒体１の表面画像を取得していたが、これ
とは異なり、反射光または加工光のみをＣＣＤカメラ４
で捉えた磁気記録媒体１の表面画像を取得するような構
成も有効である。このような例について、以下の第２実
施の形態，第３実施の形態として説明する。

【００３６】（第２実施の形態）図６は、本発明の第２
実施の形態におけるレーザ加工装置の構成及びそれを用
いた加工処理の態様を示す図である。図６において、図
１と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略
する。

【００３７】光学系のＣＣＤカメラ４と結像レンズ７と
の間に、磁気記録媒体１からの反射光の波長域の光のみ
を選択的に透過させる光学フィルタ１２を設けている。
よって、磁気記録媒体１からの加工光はこの光学フィル
タ１２で遮断されるので、反射光のみによる磁気記録媒
体１の表面画像がＣＣＤカメラ４で取得される。

【００３８】なお、取得された表面画像に対する画像処
理、その画像処理結果に基づく加工処理の正常・異常の
判定処理、その画像処理結果に基づく加工条件の制御処
理は、上述した第１実施の形態と同様であるので、その
説明は省略する。

【００３９】反射光は、特に、磁気記録媒体１の表面の
反射率を反映する指標となるので、その表面の粗さ異
常、磁気記録媒体１の物性異常等を精度良く検出するこ
とができる。

【００４０】（第３実施の形態）図７は、本発明の第３
実施の形態におけるレーザ加工装置の構成及びそれを用
いた加工処理の態様を示す図である。図７において、図
１と同一部分には同一番号を付してそれらの説明を省略
する。

【００４１】光学系のＣＣＤカメラ４と結像レンズ７と
の間に、磁気記録媒体１からの加工光の波長域の光のみ
を選択的に透過させる光学フィルタ１３を設けている。
よって、磁気記録媒体１からの反射光はこの光学フィル
タ１３で遮断されるので、加工光のみによる磁気記録媒
体１の表面画像がＣＣＤカメラ４で取得される。なお、
加工光が赤外域である場合には、ＣＣＤカメラ４の代わ
りに赤外線カメラを使用して、画像を取得すれば良い。

【００４２】なお、取得された表面画像に対する画像処
理、その画像処理結果に基づく加工処理の正常・異常の
判定処理、その画像処理結果に基づく加工条件の制御処
理は、上述した第１実施の形態と同様であるので、その
説明は省略する。

【００４３】加工光は、特に、磁気記録媒体１の表面の
温度を反映する指標となり、その表面温度が高いと形成
されるバンプの高さも高くなるので、加工光による表面
画像の画像処理によって、バンプの高さに関するより詳
細な情報を得ることができる。

【００４４】バンプの径，面積については、反射光での
表面画像と加工光での表面画像とで特別な差異が見られ
ず、何れの表面画像の画像処理結果に基づいても同等の
精度の情報が得られる。

【００４５】なお、反射光または加工光を選択的に捉え
て表面画像を取得する場合について説明したが、回折光
または散乱光を選択的に捉えて表面画像を取得するよう
にすることも可能である。

【００４６】次に、本発明のレーザ加工装置の測定結果
について説明する。上述した第２実施の形態を用いて、
磁気記録媒体１の反射光による表面画像を取得し、画像
処理を施した。レーザ光源３の出射パワーを３５μＷ，
５５μＷとして、取得した画像における輝度ヒストグラ
ム（図８，図９参照、図８：５５μＷ，図９：３５μ
Ｗ）を求め、一定輝度（１８０）以上の画素数の累計を
算出する。この算出値は、バンプの面積に相当する。バ
ンプの形状を円と仮定して、算出した面積の平方根を求
める。この平方根の値はバンプの径に対応すると考えら
れる。なお、実際の径を算出するためには、この平方根
の値に係数補正を行う必要がある。

【００４７】レーザ光源３の出射パワーを３０μＷ〜６
５μＷまで５μＷ刻みで、上述したような処理を行った
結果を下記表１に示す。また、表１には加工処理後に実
際に計測したバンプの径も併せて示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】また、表１における輝度１８０以上の画素
数の平方根（）、言い換えると画像上のバンプ径の推
定値（横軸）と、同じく表１におけるバンプ径の実測値
（）（縦軸）との関係を図１０のグラフに示す。推定
値と実測値とはリニアな関係を呈しており、本発明の画
像処理結果によって正確なバンプ径を得られることを確
認できた。

【００５０】なお、磁気記録媒体にバンプを形成する場
合を例にして説明したが、本発明はこれに限るものでは
なく、半導体，太陽電池，ディスプレイのパターニング
等、レーザ光を使用して表面微細加工処理を施す何れの
分野においても、本発明を適用できることは言うまでも
ない。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明では、取得した被
加工物の画像に画像処理を施し、その処理結果に基づい
て加工状態を検査するようにしたので、レーザ加工処理
に並行して自動的にその加工処理の正常・異常を判断で
きる。また、すべての被加工物に対して正常・異常の検
査を行うことができ、異常物として除去される被加工物
の数を削減することができる。更に、レーザ加工装置自
体に検査機能を付加しているので、加工処理後の被加工
物を別の検査装置へ運搬する時間及び作業をなくすこと
ができる。

【００５２】また、本発明では、取得した被加工物の画
像に画像処理を施し、その処理結果に基づいて加工条件
を制御するようにしたので、レーザ加工処理に並行して
自動的かつ簡便に適切な加工条件を設定できる。

【００５３】更に、本発明では、反射光または加工光を
選択的に受光して被加工物の画像を取得するようにした
ので、反射光または加工光に反映される加工状態の情報
をより高精度に得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置（第１実施の形態）の
構成及びそれを用いた加工処理の態様を示す図である。

【図２】本発明のレーザ加工装置における動作手順を示
すフローチャートである。

【図３】磁気記録媒体表面の２値化画像の一例を示す図
である。

【図４】レーザ光源からの出射レーザ光のパワースペク
トルを示すグラフである。

【図５】反射光及び加工光のパワースペクトルを示すグ
ラフである。

【図６】本発明のレーザ加工装置（第２実施の形態）の
構成及びそれを用いた加工処理の態様を示す図である。

【図７】本発明のレーザ加工装置（第３実施の形態）の
構成及びそれを用いた加工処理の態様を示す図である。

【図８】輝度ヒストグラム（レーザパワー：５５μＷ）
の一例を示す図である。

【図９】輝度ヒストグラム（レーザパワー：３５μＷ）
の一例を示す図である。

【図１０】バンプの推定径と実測径との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１磁気記録媒体３レーザ光源４ＣＣＤカメラ８画像処理器９正常・異常判定器１０条件設定器１１警報発生器１２，１３光学フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者為永秀司大阪府八尾市神武町２番35号株式会社クボタ電子技術センター内 (72)発明者井上直樹兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ電子技術センター伊丹分室内 (72)発明者倉高伸雄兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ電子技術センター伊丹分室内 (72)発明者前田誠兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ電子技術センター伊丹分室内 (72)発明者早川義人大阪府八尾市神武町２番35号株式会社クボタ電子技術センター内 (72)発明者原裕紀兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ電子技術センター伊丹分室内Ｆターム(参考） 4E068 AC01 CA02 CB08 CB09 CC02 5D112 AA01 AA24 BD01 GA02 GA19 5F072 HH02 HH03 JJ05 YY06 YY20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物にレーザ光を照射して加工処理
を行う方法において、前記加工処理中に前記被加工物の
画像を取得し、取得した画像に画像処理を施し、その画
像処理結果に基づいて前記加工処理の状態を監視するこ
とを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】被加工物にレーザ光を照射して加工処理
を行う方法において、前記加工処理中に前記被加工物の
画像を取得し、取得した画像に画像処理を施し、その画
像処理結果に基づいて前記加工処理の条件を変更するこ
とを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】被加工物にレーザ光を照射して加工処理
を行う装置において、前記加工処理中に前記被加工物の
画像を取得する画像取得手段と、取得した画像に画像処
理を施す手段と、その画像処理結果に基づいて前記加工
処理の異常・正常を判定する手段とを備えることを特徴
とするレーザ加工装置。
【請求項４】被加工物にレーザ光を照射して加工処理
を行う装置において、前記加工処理中に前記被加工物の
画像を取得する画像取得手段と、取得した画像に画像処
理を施す手段と、その画像処理結果に基づいて前記加工
処理の条件を制御する手段とを備えることを特徴とする
レーザ加工装置。
【請求項５】前記被加工物と前記画像取得手段との間
に設けられており、前記被加工物に照射されたレーザ光
の反射光を選択的に透過するフィルタ手段を更に備える
請求項３または４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】前記被加工物と前記画像取得手段との間
に設けられており、レーザ光照射による温度上昇によっ
て前記被加工物が発する光を選択的に透過するフィルタ
手段を更に備える請求項３または４記載のレーザ加工装
置。